9
2.3 PROSES PENYERAPAN
Reaksi yang melibatkan pengambilan beberapa komponen dari larutan yang mengandung mineral disebut penyerapan sorption, absorpsi atau adsorpsi. Pada
reaksi absorpsi, komponen kimia dihilangkan dari larutan dan menembus pori-pori padatan. Istilah adsorpsi digunakan jika komponen yang diambil dari larutan dan
terikat pada permukaan antarmuka mineral yang ditunjukkan pada Gambar 2.2
Gambar 2.2 Skema yang menggambarkan adsorpsi, absorpsi dan presipitasi Zn pada permukaan besi oksida [29]
Jika mekanisme pengambilan komponen kimia dari larutan tidak diketahui, istilah penyerapan umum bisa dipakai untuk menjelaskannya. Pada adsorpsi fisik,
adsorbat terikat pada permukaan oleh ikatan yang relatif lemah yaitu ikatan van der waals. Pada adsorpsi kimia, ikatan kimia ionik atau kovalen yang lebih kuat
terbentuk antara adsorbat dan permukaan adsorben. Istilah adsorpsi yang umum seringkali ditujukan kepada adsorpsi fisik, sementara adsorpsi kimia mengacu
kepada adsorpsi khusus.
Universitas Sumatera Utara
10
Permukaan Batang Jagung o
o o
H H
H H
o o
H H
o H
Fe H
o H
H o
H H
o H
H o
H H
o H
H o
H H
o H
H o
H H
o H
H o
H H
o H
Fe H
o H
H o
H H
o H
H o
H H
o H
H o
H H
o H
H o
H H
o H
H o
H Larutan
Gambar 2.3 Interaksi Adsorben Batang Jagung dengan Ion Logam Fe
2+
[29] Gambar 2.3 menunjukkan bahwa pada proses adsorpsi, ada dua bagian
interaksi antara adsorben dan ion logam, yaitu inner sphere dan outer sphere. Inner sphere adalah interaksi antara adsorben dan ion logam Fe
2+
dimana atom Fe kehilangan satu gugus H dan langsung berikatan dengan functional group batang
jagung. Sedangkan outer sphere adalah interaksi antara adsorben dan ion logam Fe
2+
dimana salah satu gugus OH pada atom Fe berikatan dengan functional group batang jagung [29].
2.4 ADSORPSI
Adsorpsi adalah proses yang terjadi pada permukaan suatu zat padat yang berkontak dengan suatu larutan dimana terjadi akumulasi molekul-molekul larutan
pada permukaan zat padat tersebut. Zat-zat organik dalam larutan yang memiliki kelarutan yang rendah di dalam air, makin mudah pula untuk diadsorpsi dari
larutannya. Hal yang sama, makin kurang polar suatu senyawa organik makin baik teradsorpsi dari larutan yang bersifat polar ke permukaan yang non polar [13].
Substansi yang diserap disebut adsorbat sedangkan material yang berfungsi sebagai penyerap disebut adsorban [6].
2.3.1 Mekanisme Adsorpsi
Adsorpsi secara umum adalah proses penggumpalan substansi terlarut yang ada dalam larutan, oleh permukaan zat atau benda penyerap, dimana terjadi suatu
Universitas Sumatera Utara
11 ikatan kimia-fisika antara substansi terlarut adsorbat dengan penyerapnya
adsorban. Proses interaksi dapat saja terjadi antara cairan dan gas, padatan atau cairan lain. Adsorpsi fisika terjadi karena adanya ikatan Van der waals, dan bila
ikatan tarik antar molekul adsorbat dengan adsorban lebih besar dari ikatan antara molekul zat terlarut dengan pelarutnya maka zat terlarut akan dapat diadsorpsi [14].
Sedangkan adsorpsi kimia merupakan hasil dari reaksi kimia antara molekul adsorbat dan adsorban dimana terjadi pertukaran elektron [15].
P e
rmu k
a a
n B
a ta
n g
J a
g u
n g
Gambar 2.4 Ilustrasi Proses Adsorpsi [32] Adsorpsi terhadap air buangan mempunyai tahapan proses seperti berikut
[14]: 1. Transfer molekul-molekul adsorbat menuju lapisan film yang mengelilingi
adsorban. 2. Difusi adsorbat melalui lapisan film film diffusion.
3. Difusi adsorbat melalui kapiler atau pori-pori dalam adsorban proses pore diffusion
4. Adsorbsi adsorbat pada permukaan adsorban.
Universitas Sumatera Utara
12
2.3.2 Faktor-faktor yang mempengaruhi Adsorpsi
Faktor-faktor yang mempengaruhi mekanisme adsorpsi adalah agitasi, karakteristik adsorbat, ukuran molekul adsorbat, pH larutan, temperatur dan waktu
kontak [14]. 1. Agitasi
Jika agitasi yang terjadi antara partikel karbon dengan cairan relatif kecil, permukaan film dari liquid sekitar partikel akan menjadi tebal dan difusi film akan
terbatas. 2. Karakteristik adsorban
Ukuran partikel dan luas permukaan merupakan karakteristik terpenting dari adsorban. Ukuran partikel adsorban mempengaruhi tingkat adsorpsi yang
terjadi. Tingkat adsorpsi meningkat seiring mengecilnya ukuran partikel. Total kapasitas adsorpsi tergantung pada total luas permukaan dimana ukuran partikel
adsorban tidak berpengaruh besar pada total luas permukaan adsorban. 3. Ukuran molekul adsorbat
Ukuran molekul merupakan bagian yang penting dalam adsorpsi karena molekul harus memasuki micropore dari partikel adsorban untuk diadsorpsi.
Tingkat adsorpsi biasanya meningkat seiring dengan semakin besarnya ukuran molekul dari adsorbat. Kebanyakan limbah terdiri dari bahan-bahan campuran
sehingga ukuran molekulnya berbeda-beda. Pada situasi ini akan memperburuk penyaringan molekul karena molekul yang lebih besar akan menutup pori sehingga
mencegah jalan masuknya molekul yang lebih kecil. 4. Waktu Kontak
Waktu yang diperlukan untuk mencapai keadaan setimbang pada proses penyerapan ion logam oleh adsorban hanya beberapa menit saja [16]. Jumlah zat
yang diadsorpsi pada permukaan adsorban merupakan proses untuk mencapai kesetimbangan karena laju adsorpsi juga diikuti dengan proses desorpsi. Pada saat
mula-mula reaksi, proses adsorpsi lebih dominan daripada proses desorpsi sehingga proses adsorpsi berlangsung cepat.
Pada akhir-akhir mencapai keadaan setimbang, peristiwa adsorpsi juga cenderung mengalami perlambatan proses penyerapan pada keadaan setimbang
namun hal ini tidak terlihat secara makroskopis. Pada setiap jenis adsorban yang
Universitas Sumatera Utara
13 digunakan, waktu untuk mencapai saat setimbang berbeda-beda. Perbedaan waktu
untuk mencapai keadaan setimbang dikarenakan jenis interaksi yang terjadi antara adsorban dan adsorbat. Secara umum, waktu untuk mencapai kesetimbangan
melalui mekanisme secara fisika physisorption lebih cepat bila dibandingkan dengan mekanisme secara kimia chemisorption [17].
Adsorpsi secara fisika, interaksi antara adsorban dan adsorbat terjadi melalui pembentukan ikatan yang lebih kuat bila dibandingkan dengan mekanisme
secara kimia. Mekanisme secara kimia diawali dahulu dengan mekanise fisika, yaitu pada partikel-partikel adsorbat mendekat ke permukaan adsorban melalui
gaya Van der waals atau juga melalui ikatan hidrogen, kemudian diikuti mekanisme secara kimia dengan menimbulkan ikatan yang lebih kuat yaitu ikatan kovalen
dengan energi yang dilepaskan relatif tinggi, sekitar 100 kJmol [18]. 5. Keasaman pH
Tingkat keasaman atau pH mempunyai pengaruh dalam proses adsorpsi. Untuk mencapai pH optimum dalam proses adsorpsi ditandai dengan jumlah
maksimum yang dapat diserap adsorban adalah ditetapkan melalui uji laboratorium. Keasaman pH akan mempengaruhi sisi aktif biomassa serta berpengaruh pada
mekanisme adsorpsi ion logam. Pada pH yang rendah, proses adsorpsi ion logam juga semakin rendah atau lambat. Hal ini dikarenakan pada kondisi asam, gugus
fungsi yang terdapat pada adsorban terprotonasi sehingga terjadi pengikatan ion hidrogen H
+
dan ion hidronium [18]. Sementara itu ion-ion logam dalam larutan sebelum teradsorpsi oleh adsorban terlebih dahulu mengalami hidrolisis dan
menghasilkan proton [19]. Dalam kondisi pH rendah 7 permukaan adsorban akan bermuatan
positif sehingga mengalami tolakan antara pemukaan adsorban dengan ion logam akibatnya proses adsorpsi menjadi lambat dan rendah. Sementara itu pada pH tinggi
7, maka proses adsorpsi relatif tinggi, hal ini dikarenakan komplek hidrokso logam MOH
+
yang akan terbentuk di dalam larutan lebih banyak, demikian juga permukaan adsorban akan bermuatan negatif sehingga melepaskan proton sehingga
melalui gaya elektrostatik akan terjadi tarik menarik yang menyebabkan peningkatan adsorpsi [20].
Universitas Sumatera Utara
14
2.5 KAPASITAS ADSORPSI
Prinsip proses adsorpsi sangat sesuai dalam menyerap untuk memisahkan suatu bahan dengan konsentrasi yang rendah dari campuran yang mengandung
bahan dengan konsentrasi tinggi. Dalam proses adsorpsi, konsentrasi dalam larutan begitu berpengaruh pada pengambilan spesifik ion logam dan dengan adanya
variasi konsentrasi larutan maka dapat ditentukan kapasitas adsorpsi dengan menggunakan metode isotermal adsorpsi. Proses adsorpsi larutan juga diikuti
pengamatan isotermal adsorpsi yaitu hubungan antara banyaknya zat yang teradsorpsi persatuan berat adsorden dengan konsentrasi zat terlarut pada
temperatur tertentu. Permukaan zat padat dapat mengadsorpsi zat terlarut dari larutannya, hal ini
dikarenakan adanya pengumpulan molekul-molekul suatu zat pada permukaan zat lain sebagai akibat ketidakseimbangan gaya-gaya pada permukaan tersebut.
Kemampuan interaksi antara adsorbat dengan adsorban dipengaruhi dari sifat masing-masing adsorbat dan adsorbannya. Salah satu cara untuk menentukan
komponen mana yang diadsorpsi lebih kuat adalah dengan menentukan kepolaran dari adsorbat dan adsorbannya. Apabila adsorbannya bersifat polar, maka
komponen yang memiliki sifat polar akan terikat lebih kuat dibandingkan dengan komponen yang kurang polar.
Sifat keras dan lunaknya dari adsorbat maupun adsorban akan mempengaruhi kekuatan interaksi. Sifat keras pada kation yaitu kemampuan suatu kation untuk
mempolarisasi anion dalam suatu ikatan polarizing power cation. Kation yang mempunyai kekuatan yang besar untuk mempolarisasi anion yang cenderung
bersifat keras. Kemampuan yang besar suatu kation untuk mempolarisasi anion dimiliki oleh ion-ion logam dengan ukuran jari-jari kecil dan muatan yang besar.
Sebaliknya, kemampuan yang kecil suatu kation untuk mempolarisasi anion dimiliki oleh logam-logam dengan ukuran besar namun muatannya kecil, sehingga
diklasifikasikan sebagai ion lunak. Sedangkan pengertian keras untuk anion yaitu kemampuan suatu anion untuk
mengalami polarisasi polarisabilitas anion akibat medan listrik dari kation. Anion yang bersifat keras adalah anion yang berukuran kecil, muatannya besar dan
elektronegativitas tinggi, sebaliknya anion lunak dimiliki oleh anion dengan ukuran
Universitas Sumatera Utara
15 besar, muatannya kecil dan elektronegativitas yang rendah. Ion logam keras
berikatan kuat dengan anion keras dan ion logam lunak berikatan kuat dengan anion lunak [17].
Selain itu adalah porositas adsorban. Porositas adsorban juga mempengaruhi daya adsorpsi suatu adsorpsi. Adsorban dengan porositas yang besar mempunyai
kemampuan menyerap yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan adsorban yang memiliki porositas kecil. Untuk meningkatkan porositas adsorban bisa dengan cara
mengaktivasi secara fisika seperti mengalirkan uap air panas ke dalam pori-pori adsorban atau dengan mengaktivasi secara kimia yaitu dengan aktivasi selulosa
melalui penggantian gugus –OH pada selulosa dengan gugus HSO
3 -
melalui proses sulfonasi [16].
2.6 ADSORBEN ALAMI
Kategori